McWiLL无线宽带多媒体集群系统

1、McWiLL无线宽带系统在油田的应用油田信息化建设的基础是通信网络平台，油田信息化最大难度来自如何把通信平台延伸到一线作业现场。油田地域广阔，单纯依靠有线通信系统实现油田生产信息化有一定的困难，因此，需要采用有线传输和无线传输相结合的通信平台。从油田的实际出发，实现油田信息化的建设需求，做到油田的各类生产数据自动采集和全流程可视化管理，做到油区井场的视频监控、联动报警及集群调度等功能，打造数字油田、平安油田及和谐矿区提供必要的无线通信技术保障。1. McWiLL无线宽带系统概述McWiLL(多载波无线信息本地环路)宽带无线接入系统是北京信威公司SCDMA综合无线接入系统的演进版本，是工信部“宽

2、带无线移动通信技术专家组”和科技部 “宽带无线战略研究组”重要技术战略研究对象，是国家中长期科学和技术发展规划纲要中确定的新一代宽带无线移动通信网重大专项。工业和信息化部2009年6月15日批准McWiLL （1800MHz SCDMA）宽带无线接入系统空中接口技术要求为通信行业标准， 2009年12月7日，国际电信联盟（ITU）将McWiLL(SCDMA宽带无线接入系统）列入ITU标准文本M.1801中，从而使McWiLL正式成为宽带无线接入国际标准。McWiLL采用国际最先进的码扩正交频分多址（CS-OFDMA）、智能天线、自适应调制、动态信道分配、空间零陷等先进技术，使其无线性能远远高出

3、现有的宽带无线通信（BWA）技术，包括WiFi、微波以及WiMAX技术；McWiLL基于IP分组交换网络以及软交换核心网络架构，可以无缝的融入运营商的NGN网络。具有网络结构简单、建网速度快、建设成本低、覆盖范围广、高带宽、容量大、非视距传输、同频组网、并发用户量大、发射功率低、抗多径衰落和小区间干扰等优点。McWiLL系统工作在1800MHz频率，支持同频组网，频谱利用率高。基站覆盖半径在市区可达13公里，在开阔的环境下覆盖半径最大可达8公里，能够支持无线网络的无缝覆盖。单载频在5MHz的频率范围内提供高达15.36M bps的数据吞吐率，终端数据速率最高可达12Mbps。支持终端的漫游与切

4、换，支持终端 120Km/h 高速移动。灵活的 GoS/QoS 管理策略，可开展宽带无线接入、高速数据承载、实时视频监控、语音通信、集群调度、应急通信等综合业务，更可以根据客户特有的需求进行新业务的定制开发。该系统已在国内军队、油田、电力、水利、交通等很多行业领域应用，并在喀麦隆、柬埔寨、尼日利亚等国成功商用。1.1 McWILL系统模块产品1.1.1数传模块MEM133 MEM133MEM133无线宽带数据接入模块是便于各种设备连接的一款McWiLL无线模块产品，具有上下行最大吞吐量3Mbps的无线数据传输能力，可以提供多种接口（如：RS232、RJ45等），可外型小巧，便于放置和连接，可与

5、多种行业数据采集终端设备集成，如数据采集设备集成、工业监控设备集成。可让用户的数据采集终端设备直接接上无线通讯模块MEM133就可以通讯了，方便用户连接和接入。该模块目前在华北油田、大庆油田等地在应用。市场定位和产品策略：MEM133主要用于视频监控、数据采集、远程监控等方面。体积较小，内置TCP/IP协议和AT指令集，提供多种接口RS232、RJ45等，便于放置和连接，易与视频编码器、摄像头、车载多媒体终端、数据采集设备、工业监控设备、视频监控设备连接和集成。产品特点：l 易于集成：可与视频编码器、摄像头、车载多媒体/IPTV终端、数据采集设备集成、工业监控设备、视频监控设备集成l 提供多种

6、接口RS232、RJ45等l 内置TCP/IP协议，可自动获取IP地址；l 内置AT指令集；l 可提供AT指令话音接口；l 上下行最大吞吐量为3Mbps。产品参数：工作频段1785MHz1805MHz最大发射功率242dBm接收机灵敏度-105dBm典型数据传输功耗1.6W接口RS232、RJ45上下行最大吞吐量3MbpsUART接口规格9针标准UARTUART接口速率9.6k/19.2k/38.4k/57.6k/115.2kbit/s（AT指令接口）工作环境温度-40+452、McWill无线宽带系统在油田的应用范围McWiLL无线宽带集群系统作为新一代的无线多媒体集群系统，支持传统集群系统

7、无法相比的高带宽和移动性，可应用于高速数据传输、语音通话、无线语音调度、指令调度、无线视频监控、无线数据采集和监控、无线移动上网办公、事件触发的协同作业、视频联动和可视化调度等各种场景，可以基本满足油田生产及管理的各种通信需求，是为油田生产及管理提供全方位、多业务信息服务和打造大庆数字油田的最佳无线通信解决方案。具体的应用需求可以总结为以下几点：2.1数据采集与视频监控数字化油田建设分两个方面，一是油区、一个是矿区建设。这两个应用有各自的需求，但基本是一样的问题，即怎样做到油田的生产管理自动化。生产自动化的必要性是显而易见的。例如钻井，原来钻井数据抄表、报表、录入是靠人工，然后逐层上报数据。但

8、是当钻井中出现重大地层情况、岩浆情况时，各井队将无法把现场数据实时地传到地质专家手中。为每个井队配地质专家也是不可能的。再说采油，原来的方式是专人巡井，人工采样、查表、测量温度，工作量繁重，且数据的准确性很依赖于职工的责任心。如何实时采集现场数据，单井的视频监控及联动报警，远程监控作业现场施工是否违规操作，并保证准确性及时时性，则显得尤为重要。McWiLL无线宽带多媒体集群系统就可以很好的解决这些问题，因为它有高宽带数据传输能力和视频传输能力，满足人与人之间、人与机器之间、机器与机器之间信息交互，大量数据传输的需求。我们可以通过采集传感器、摄像头加McWiLL终端，把数据和视频进行实时传输。对

9、于突发事件可以做到应急视频回传，以及重点场所、重要资产的远程视频监控。既提高效率，又节省人力，通过固定与移动相融合，搭建一个完善的信息化平台。在石油行业中需要大量的数据传送到监控中心对数据进行处理。这类数据的特点是数据量不大，但是并发量较大。McWiLL空口能提供300个并发的信道，信道粒度为8kbps24kbps。采集的数据通过MEM模块以无线的方式传到监控中心，对数据进行处理。油田数据采集示意图McWiLL视频监控系统可分为监控前端、传输网络、监控中心三个主要部分。监控前端：也即远程监控终端单元，由监控摄像机、视频压缩编码器、McWiLL终端CPE、支架等组成，还可以增加告警探头，一旦发生

10、了灾害，会立即发出报警信号给监控系统以及联动报警系统，同时监控摄像机会自动地抓拍图片或视频录像，还可增加云台设施对监控摄像机进行全方位俯仰、左右操作和镜头变焦、变倍控制。传输网络：基于宽带无线网络McWiLL的图像传输方式，给客户提供了高速稳定的网络系统。监控中心：中心控制室完成对各个监控点的信息采集、储存、分析、诊断，可即时控制和监测所有各防控现场或区域，一般由视频服务器，电视墙等组成。摄像机和视频编码器之间可通过同轴线缆进行连接，视频编码器和MEM模块之间可通过网线进行连接，MEM模块和McWiLL基站间通过SWAP+空口协议连接。MEM模块把采集的信号通过空口传给McWiLL基站，基站通

11、过标准以太口连接到IP网。通过视频服务器可以对采集的图像进行处理，存储，控制摄像头转动方向，焦距等。 油田视频监控网络拓扑图2.2语音通话与集群调度对于宽带无线接入网络来说，空口的带宽资源是非常宝贵的。为了提高空口会话的并发数、提高空口资源的利用率，McWiLL在空口采用特有的压缩技术，压缩话音业务在空口的带宽开销，使得基于该压缩技术的话音可以在占用少至8kbps的空口带宽中，达到接近固话的话音质量。这种基于McWiLL的、经过高效压缩的话音解决方案称为高效话音解决方案。单基站最多支持120路业务信道并发。 大庆油田网络语音网络拓扑图McWiLL系统具备集群调度功能，网络侧设备主要包括调度机交

12、换机SAG3000、归属位置寄存器HLR3000、无线网管DNSS3000、核心网管iM3000和基站，以及调度控制系统DCS1000（包括DCS服务器和客户端）。McWiLL系统的集群调度功能是基于空中接口的下行共享信道实现组呼功能，支持话权抢占、强插、强拆、动态重组等等一系列传统集群功能，并具备优异的集群性能指标，在语音调度的功能和性能两方面均不逊色于传统数字集群系统。在提供语音调度功能的同时，McWiLL系统的多媒体集群具备宽带无线接入能力，为覆盖区域内的所有终端提供宽带数据接入业务。用户可访问调度控制中心数据库，并接收调度控制中心下发的调度指令。通过BRAS，用户可访问Internet

13、。McWiLL系统同时具备HEV话音业务能力，兼容V5.1、V5.3和V6.0终端，集群和语音交换功能由SAG3000提供。 McWiLL油田集群调度指挥 2.3应急通信油田的生产或生活矿区中，在发生井喷、火灾、汛情等紧急情况下，第一时间搭建应急现场临时指挥、后方二级单位、油田公司总调度中心之间的应急通信平台，也可以实现单兵进入事故现场，使指挥中心实现前方、后方之间应急数据信息的无障碍交互。为灾前预警、灾中救援、灾后处理做出重要贡献。2.4符合专网特征的安全保密性油田通信作为行业专网应用，对安全保密性有很高的需求。McWiLL系统拥有自主知识产权，空中接口安全可控，且涵盖接入安全、业务安全和安

14、全数据管理等高级安全体系，可以实现端到端加密、按需定制个性化的保密通信业务等。支持快速灵活的专网定制能力。3. McWiLL与MESH技术对比3.1 MESH技术瓶颈 移动性差,只支持手持慢速移动； 无线干扰大，采用的频率有多种设备使用； 频率风险，频率无政策保护，随时可能被规划他用； 空中接口缺乏QOS保障； 安全性差，不提供双向鉴权，加密差； 覆盖性能差，一般最远这能覆盖100150m； 还不可能替代3G，在更大程度上只是扮演市场补充者的角色 Wi-Fi技术大多应用在数据业务方面，通话业务方面则是一大缺陷。大多数无线公司如今强调的不是语音通话，而是推出更复杂的数据服务，例如提供移动工作者穿

15、透企业防火墙的联机功能，或是利用无线“热点”高速上网的功能。众所周知，通话更高层次的发展是进行数据传输，但通话作为用户最基本的需求，并不意味着就可以逾越； 真正意义上的3G并非仅仅是高数据、高容量、高移动性这么简单。第三代移动通信系统意味着改变传统通信方式，它所利用的频段到所采用的技术都是革命性的，并不是Wi-Fi可以简单代替的。3.2技术参数及性能比较表 1 McWiLL与MESH技术参数及性能比较McWiLLMESH技术定位无线城域网/广域网技术无线网状网技术峰值速率15Mbps (5MHz)54Mbps (20MHz)语音容量并发300路 (5MHz)并发64路 (20MHz)信道带宽1

16、20 MHz20 MHz使用频段1.8G、400M、3.3G(专用频段)2.4/5.8GHz(公共频段)典型覆盖范围13 km （城区）100M移动性支持150km/h (1.8GHz)不支持移动面向市场行业企业专网/公网/数字城市家庭、企业、热点局域网终端类型已有CPE(带宽1MHz-5MHz低端到高端产品系列)、PCMCIA、PDA、手机各种行业终端等 笔记本内置无线网卡、各种手持终端支持业务类型语音和数据调度、高效语音、高速无线上网、高速数据传输、视频监控无线上网、视频监控、数据传输安全性好，McWiLL本身引入了许多的安全机制，有效地保证了数据的安全性差，MESH引入多跳机制以后，安全

17、性受到更严峻的挑战知识产权情况中国自主知识产权绝大多数核心专利为Intel、三星等跨国公司所持有3.3 MESH的劣势采用Wi-Fi MESH构建“数字油田”，也存在很多问题。 非授权频率Wi-Fi MESH工作于2.4/5.8GHz ISM开放频段，任何单位和个人无需许可都可以使用该频段，即便有人故意干扰，也无法得到监管机构的保护，因此很难保证服务质量。 无线覆盖效果差Wi-Fi MESH存在大量无线覆盖死角，例如在四楼以上收不到信号，在背对马路的一侧收不到信号。造成服务的不连续性，用户体验差。 移动性支持差Wi-Fi技术本身不支持移动性，即便IEEE802.11s可能会对Wi-Fi MES

18、H的移动性进行增强，最多也只能支持游牧式接入。用户只能在固定状态下才能上网，而在移动中无法联机。 安全性差Wi-Fi的安全性差遭到普遍诟病。即便今后引入IEEE802.11e，WiFi的安全性仍尚待完善，尤其是MESH引入多跳机制以后，安全性受到更严峻的挑战。用户信息安全和网络安全都无法得到保证。 空中接口缺乏QoS保障Wi-Fi空中接口没有QoS保障机制，只支持Best Effort业务，适用于WEB浏览、FTP下载以及收发Email等。不保证业务的实时性，也不能对用户进行优先级管理。 多跳引发的问题此外，MESH的多跳转发机制，也会引入额外的延迟，增加系统阻塞的概率，并降低系统吞吐量。综上

19、，Wi-Fi MESH不是一个便于维护、可管理的网络。3.4 McWiLL相对于WiFi MESH的优势 频率使用比较McWiLL：具有中国国家无委专门划分的使用频率，目前提供的产品在城市可工作频段为1785MHz1805MHz和3300 MHz3400 MHz。其中1785MHz1805MHz为GSM保护频段，可全球漫游使用；另外，还由于自主产权的技术优势，还可以根据运营商的特殊需求进行2.5GHz、700MHz产品的专门定制。Wi-Fi MESH：工作于2.4/5.8GHz ISM开放频段，该频段目前在世界范围内是无需任何电信运营执照的免费频段，任何单位和个人无需许可都可以使用该频段。Wi

20、-Fi网络并不是工作在免许可的2.4 GHz和5.8GHz频段的唯一无线设备。还有其他类型设备工作在这些频段，包括安全系统、对讲系统、无绳电话以及其他很多设备。另外，也有一些电子设备会在免许可频段内泄露无线信号（比如微波炉、计算机和移动电话）。这些设备会导致不同方式的干扰，可能是暂时的（比如微波炉）或持续的（比如无线视频监控摄像机）。无线干扰是一个十分重要的问题，它将影响到无线网络的性能，这必然导致Wi-Fi性能大大下降，“人人可用”的最终结果却是“人人不可用”。大部分无线mesh部署都是使用802.11b作为无线回程的基础架构，这些网络回程带宽很容易受到来自于相同频段内工作的邻近设备无线干扰

21、的影响。 无线覆盖效果比较McWiLL：智能天线的采用，使得McWiLL宽带无线接入系统基站以2W的较小发射功率可以达到市区13KM的覆盖半径。Wi-Fi MESH：市区覆盖范围一般是100M-150M，存在大量无线覆盖死角，造成服务的不连续性，用户体验差。McWiLL宽带无线接入系统覆盖面积是WiFi的几百到上千倍。也就是说，如果覆盖相同的地区，那么需要WiFi AP的数量是McWiLL基站数量的数百到上千倍；相应地，WiFi需要的有线传输资源也是McWiLL的数百到上千倍，由此带来的WiFi网络效果较差和较高的AP配套成本和维护成本。 系统网络容量比较McWiLL：目前版本单基站最大吞吐量

22、为15Mbps/5MHz，由于CS-OFDMA、智能天线、增强零陷、联合检测、动态信道分配和自适应调制等后3G和4G技术的商用保证了网络的抗干扰能力和抗衰落能力，可实现同频组网，单个站点容量可达45Mbps/5MHz，在后续采用22MIMO技术和ESDMA技术的演进版本产品中，单基站最大吞吐量为30Mbps/5MHz，单个站点容量可达90Mbps/5MHz。Wi-Fi MESH：802.11a/g标准Wi-Fi设备，每个AP理论数据吞吐量为54Mbps/20MHz，实际使用中数据吞吐量约20Mbps，不能实现同频组网；另外Mesh的多跳转发机制，也会引入额外的延迟，增加系统阻塞的概率，在多点接力的环境中，由于当前802.11MAC协议带来的冲突和不公平性，降低系统吞吐量,使802.11网状网络的容量低到